矿物共生组合变质相和变质相系
矿物共生组合变质相和变质相系
化学相图
3-C: 矿物组分投影在三角图 x, y, z, xz, xyz, and yz2
假设这个岩石在图中有 5个 矿物组合 :
x-xy-x2z xy-xyz-x2z xy-xyz-y xyz-z-x2z y-z-xyz
当应用这一化学相图去研 究该岩石矿物组合时, 在 岩石中平衡共存的相是用 结线连接的(tie-l组分分析
1. 矿物组合及其确定标志 2. 成分－共生图解 3. 组分分析
1. 矿物组合及其确定标志
? 矿物组合(mineral assemblage) 或共生矿物、矿 物共生组合(mineral paragenesis) ： 一定化学成分岩石达到化学平衡时的矿物成分
? 惰性组分： 是扩散能力很差，难于与外部环境发生物 质交换的组分，即系统对之来说是封闭的，在平衡过程中 保持质量固定不变，因而又称为 固定组分。
按照Korzhenskii组分差异活动性原理，在 开放系统情况下，总的组分数目应该为 完全活动 组分与惰性组分之和，即：
C = Ci + Cm
式中：C为组分数，Ci为惰性组分数，Cm为活 动组分数。
f=C-P+2≥2。 因此，
P≤C
(5-2)
如果系统内没有流体相，P就代表矿物相数；如果有一 个流体相，矿物相数就等于P-1。因此在一定T-P范围内平衡 共生的矿物相数不大于该岩石系统的独立组分数。这就是 Goldschmidt 矿物相律(mineralogical phase rule) ，是Gibbs 相 律的地质学形式。
① Qtz+Cal; ② Qtz+Wo; No Wo+Cal
2. 成分-共生图解
? 成分-共生图解或共生图解
? 若一个岩石系统由3种组分组成, 根据Godlschmidt 矿物相 律, 可能的组合中矿物数应是3、2或1, 用一个三角图来表 示岩石三组分矿物成分, 把该图解分成一系列小三角形就 能直观地表示矿物共生关系.
变质岩-第8章.变质相及变质相系
2019/7/28
变质带和变质相
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变质带划分
英国地质测量学家乔治·巴洛（George Barrow） 于1893年第一个成功地在苏格兰高地加里东造山 带东南部Dalradian地区绘制出递增变质带图。他 是以变泥质岩中随变质程度（温度）增高而依次 出现的新矿物（称为指示矿物）为标志划分变质 带的，因而称该变质带为指示矿物带（index mineral zone）。是以指示矿物出现的线作为等 变线划分变质带的。
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变质带和变质相
9
一、变质带的概念
在变质岩分布区，变质程度不同的岩石 在空间上往往呈有规律的带状分布。根 据变质岩矿物、矿物组合、结构构造等 特点，可将这些变质程度不等的带划分 出来。同一个带的变质岩在一个基本相 同的P-T-X范围内形成，这些指示变质 程度的带称为变质带（metamorphic zone）。带与带之间的界线称为等变线 （isograd）。
浊沸石相的典型矿物组合是在变质杂砂岩中出现：
浊沸石＋绿泥石＋石英 浊沸石＋葡萄石＋绿泥石＋石英 浊沸石相的温压条件为P＝0.2－0.3GPa, T=200（150）－300℃。
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变质带和变质相
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（2）葡萄石－绿纤石相
Turner(1968)称之为葡萄石－绿纤石变质硬砂岩相，从浊沸石相进入葡萄石－ 绿纤石相的标志是浊沸石转变为绿纤石，在变质杂砂岩中的矿物组合为：
变质相-变质相系列
6. 角闪岩相(A或AM): 中温温度约500-700。C，压 力0.3-0.8GPa,普通角闪石和斜长石的共生是本相的 标志,可以有透辉石没有斜方辉石。泥质岩中除了石 英，白云母和黑云母外，低压相系含红柱石，堇青 石和夕线石，中压相系含十字石，蓝晶石和铁铝榴 石。高温部分夕线石，铁铝榴石开始与正长石稳定 共生。 7. 麻粒岩相(G): 高温温度700-900。C，压力0.31.2GPa,出现斜方辉石为标志岩石主要由无水矿物所 组成，少量黑云母和普通角闪石一般是富Ti的变种。 8. 榴辉岩相(E): 高压温度300-900。C，压力大于 1GPa,特征矿物组合：绿辉石+石榴子石不含长石。 一般呈不大的块体在其它岩石中作为包体。温度范 围很宽，压力极大。
A(K)FM Diagram
Biotite (from Ms): KMg2FeSi3AlO10(OH)2 A = 0.5 - 3 (0.5) = - 1 F =1 M =2 To normalize we multiply each by 1.0/(2 + 1 - 1) = 1.0/2 = 0.5 Thus A = -0.5 F = 0.5 M=1
共生分析、变质相与变质相系列
一、矿物相律 1. 共生分析的基本思路： 大多数变质岩在变质过程处于化学平 衡，因此，其形成的矿物组合（相）、 与化学成分（组分）和物理化学条件 （自由度）之间服从Gibbs相律：
P（相数）+f（自由度数）=C（组分数）+2
从研究变质岩矿物共生组合出发，应用 相律，以分析矿物组合、岩石化学成分 和物化条件的关系。这是变质岩石学研 究的基础，称为共生分析（Paragenesis analysis） 2. 封闭系统的Goldschmidt矿物相律 PC 3. 开放系统的Korzhenskii矿物相律 PCi；Ci为惰性组分
变质岩岩石学-5 变质相变质带和变质相系2010
矿物平衡共生组合的定义 封闭体系的吉布斯相律和Goldschmidt矿物相律 开发体系下的Korzhinskii 矿物相律---在一定的温 度压力范围内，在开放体系下同时共存的平衡共生 矿物相的最大数目等于独立有效惰性组分数，而与 活动组分和杂质组分等无关。
共生图解：
– ACF、A‘KF和AFM图解有哪些特点？分别适用于何种类型 （或成分）的岩石？ – 如何把矿物成分和原岩成分投影在这些图解上？ – 如何用这些图解进行变质矿物共生分析？
The stability field of andalusite occurs at pressures less than 0.37 GPa (~ 10 km), while kyanite sillimanite at the sillimanite isograd only above this pressure
在世界造山带也发育有类似的变质带系列，这 些变质带也称之为巴洛带Barrovian zones The P-T conditions referred to as ―Barrovian-type‖ metamorphism (fairly typical of many belts) = line that separates the zones (An isograd is meant to indicate a line in the field of constant metamorphic grade)
第五章 变质带、变质相和 变质相系
Metamorphic zones, facies, and facies series
本章要点：
1、何为变质带（递增变质带），有几种类型？ 2、何为变质相？ 3、接触变质作用有哪些变质相？其主要变质反应和矿物组合如何？ 4、区域变质作用有哪些变质相？其主要变质反应和矿物组合如何？ 5、何为变质相系？主要有几种类型？与大地构造的关系？
岩石学-共生分析、变质相和变质相系
尔百分数表示。
四、A’KF图 计算岩石的A’KF程序如下：
A′=[Al2O3]＋[Fe2O3]－([K2O]＋[Na2O]＋[CaO]) K=[K2O] F=[FeO]＋[MgO]＋[MnO] A′＋K＋F=100 为了用图解表示，要把这些 值换算为A’＋K＋F=100， 即用摩尔百分数表示。
一个薄片中出现两个共生组合 a.由于原岩成分的细微变化，使得在一个很小的范围内出 现两个共生组合：Cc＋Q（上）和Wo＋Q（下）； b.视域中A、B、C三相有机会彼此接触，属一个矿物共生 组合。而D则被包裹于B中，不与A、C接触， 不包括在该共生组合中，D与B构成另一个矿物共生组合
矿物相律
一、封闭体系的矿物相律 — Goldschmidt矿物相律 在封闭条件下岩石系统达平衡时服从Gibbs相律。由于变质作 用常常是在一定温度和压力区间内进行并达平衡的，必定至少 有两个自由度，即f ≥ 2。由Gibbs相律公式可得：
C=1 ：Al2SiO5
P(Max) = C + 2 - F = 3
P
P＝3相：And, Sill, Ky 平衡共
Ky
生时，只能在三相点上，此
时， F＝0。
Sill
P＝2相：And/Ky, And/Sill,
Ky/Sill, 只能在单变相线上，
And
此时，温度的改变必须压力 随着改变才能保证两相平衡
A=100 A=50, F=50 A=50, C=50 C=50, F=50 A=25, C=75 C=100
三、岩石成分的标绘
计算岩石的ACF程序如下：
(1)用副矿物含量校正岩石化学分析；
(2)把校正过的岩石化学分析的各个氧化物wB%（可不考虑SiO2 和H2O）除以其分子量再乘以1000，换算成氧化物的摩尔数。 如： [CaO]=CaO wB%×1000/CaO分子量;
变质岩石学名词
词目：变质地质图英文：metamorphic map释文：反映各地区不同时期变质作用的特征及时空变化规律的专门性地质图。
变质地质图的主要内容包括变质相和变质相系、变质岩系的地层时代和变质期、混合岩和花岗质岩石、变质作用类型和变质地质单元等。
它是研究各地区变质作用与大地构造环境和地壳演化之间关系的重要图件,也是研究区域变质成矿作用的基础图件词目：变质相英文：metamorphic facies释文：在一定的温度和压力范围内,不同成分的原岩经变质作用后形成的一套矿物共生组合。
它们在时间上和空间上重复出现和紧密伴生,每一个矿物共生组合与岩石化学成分之间有着固定的对应关系。
这一概念首先由埃斯科拉(P.Eskola,1920)提出。
根据形成时温度和压力条件的不同,可将所有的变质矿物组合划分为若干个变质相。
不同的变质相往往以特征矿物组合或相当的特征性岩石来命名。
例如,浊沸石相、蓝闪石硬柱石片岩相、绿片岩相、角闪岩相、麻粒岩相、榴辉岩相等。
研究一个变质地区内每一个变质相的特点,能确定这一地区变质作用的温度和压力范围及其时空变化关系词目：变质相系英文：metamorphic facies series释文：简称相系(facies series)。
在一个变质地区内反映温度和压力之间变化特征的一系列变质相,称为变质相系。
这一概变质相系的分类念首先由都城秋穗于1961年提出。
他认为一个变质地区内,由于温度和压力的变化范围较大,往往需要用一系列变质相来表示。
不同变质地区可具有不同的变质相系,反映不同变质地区的地热梯度有所不同,它们与当时的大地构造环境有密切关系。
根据特征的矿物组合和地热梯度,可将变质相系分为三个基本类型(如图)：①低压变质相系(low pressure metamorphic facies series),即红柱石矽线石型,以泥质变质岩中出现红柱石、矽线石、堇青石为特征,地热梯度大于25℃/千米；②中压变质相系(medium pressure metamorphic facies series),即蓝晶石矽线石型,以泥质变?恃抑谐鱿掷毒 ⑽ 呤 ⑹ 质 ⑻ 亮袷 卣?,地热梯度大约为20℃/千米；③高压变质相系(high pressure metamorphic facies series),即硬玉蓝闪石型,以泥质变质岩中出现蓝闪石、硬柱石、硬玉和石英为特征,地热梯度大约为10℃/千米或更低词目：变质相组英文：metamorphic facies group释文：在一定的温度范围内不同压力条件下形成的一组变质相。
023变质带及变质相
样品 SiO2
Al2O3
Fe2O3
FeO
MgO
CaO
Na2O
K2O
CO2
H2O
其它
1
2 3
21.41 1.89
99.10 5.04
0.96
1.07
14.91 24.32
20.27 0.48 0.38 0.25 4.31 0.94 0.68 0.72 1.62 4.02
沸石相 葡萄石-绿纤石相
编 号 1 2
蓝闪片岩相
区域变 质相 绿片岩相 绿帘角闪岩相 角闪岩相
蓝闪石-硬柱石片岩相*
钠长绿帘角闪岩相* 绿片岩相 绿帘角闪岩相
3
4 5 6
麻粒岩相
榴辉岩相 钠长绿帘角岩相* 接触变 质相 普通角闪石角岩相* 角岩相 透闪石相 辉石角岩相
7
8 9 10 11 12
2013-7-9
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9
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第二节
一、变质相的概念
变质相和变质相系
变质相是指在变质作用过程中同时形成的一套矿 物共生组合及其所反映的形成时的物理化学条件。
变质相的几点说明：
同一变质相具有相同的P-T区间，属于一个等物 理系列
同一变质相的岩石是由一套各种化学成分的原 岩形成的变质矿物组合组成的，这些变质矿物 组合在时间和空间上密切共生。
2013-7-9
质岩区的原岩建造，主要由成层的沉积、火山 一沉积岩系,侵入岩、岩脉（墙）等组成。它们在经 受多期变形变质后，在矿物组合、结构构造、化学 成分、形态及原始空间等方面，都发生不同程度的 改造和变化。
研究变质岩的原岩建造类型主要为:
变质沉积岩-火山沉积岩系=表壳岩
矿物共生组合
矿物共生组合矿物是地质作用的产物，特定的地质作用可以产生特定的矿物共生组合。
不仅内力、外力和变质作用所产生的矿物共生组合有很大差异，即使同是内力作用的产物，产状类型不同，矿物的共生组合也不同。
一、内力作用的矿物共生组合1．岩浆岩及岩浆矿床中的矿物共生组合（1）侵入岩（深成岩）的矿物共生组合主要类型深成岩中矿物共生组合列于下表。
此表只提供了共生矿物的大致范围，而且只限于正常岩浆岩系列的岩石，既不包括重熔花岗岩，与围岩有强烈变代作用的岩浆岩等。
与深成岩不同，喷出岩可以明显地分为斑晶和基质两部分，二者的矿物成分既有相似之处，也有所不同。
主要类型喷出岩的矿物共生组合举例岩浆作用即可产生岩浆岩，亦可产生岩浆矿床。
已知的岩浆矿床中，与基性-超基性岩有关的占多数，其次是中性碱性岩。
岩浆矿床的矿物共生组合举例伟晶岩是一种特殊的粗粒结构的岩石，其成分可以与各种深成岩体相当，而且多数伟晶岩体即产于这些深成岩体内或岩体附近的围岩中。
伟晶岩多呈脉状，亦有凸镜状（片岩中）、不规则状。
伟晶岩的形成晚于与其有关的深成岩。
常见的伟晶岩有：花岗伟晶岩、正长伟晶岩、霞石正长伟晶岩、辉长伟晶岩、伟晶辉石岩等，其中以花岗伟晶岩、碱性伟晶岩经济价值最大——可以形成矿床。
花岗伟晶岩的矿物共生组合举例碱性伟晶岩的矿物共生组合举例并可过渡到热液矿脉；其二，认为是岩浆岩经残余溶液交代岩石重结晶而成与成分相当的深成岩比较，伟晶岩具有下列特点：1主要造岩矿物与深成岩相同，但花岗伟晶岩较花岗岩更富于酸性（即SiO2含量更高），相应的伟晶岩中暗色硅酸盐矿物较少；2富含挥发分及稀有、稀土元素矿物；3伟晶结构、文象结构；晶洞构造、带状构造。
2.热液矿床的矿物共生组合热液矿床的矿物共生组合，若以形成温度划分，则为高温、中温、低温热液共生组合；若以热液来源划分，则如表所示，分为与侵入岩有关的生成型，与火上作用有关的火山型，与远离侵入体的远成型。
生成型岩浆热液中以石英为主要脉石矿物的为石英亚型；以硫化矿物为主的为硫化物亚型；以碳酸盐为主的碳酸盐亚型。
变质地质图需编制的基本内容
变质地质图需编制的基本内容（一）变质相、相组、相系（型）(详见下表)表1. 变质相、变质相型特征简表①注记中温压条件仅供参考；②B：基性岩；③P：泥质岩（二）关于变质相系的地温梯度范围，根据Miyashiro的分类稍加修正：（三）变质作用的分类的划分（以变质作用形成的大地构造环境，结合变质作用形成的热动力条件（温、压条件）进行初步的综合划分，编图及总结时进一步总结修改补充）甲：主要类型1. 埋深变质作用，见于克拉通内断陷盆地，拗拉槽等地，有浊沸石相型（甚低温，低-中压）和葡萄石-绿纤石相型（极低温，中压），相当于浅-中深地壳位置，实例：准噶尔华里西变质带。
2．克拉通（或大陆地盾区）基底区域变质作用——区域中高温变质作用（以单相，面状为主），实例：华北克拉通可能出现的变质相型有：（1）绿帘-角闪岩相型（2）角闪岩相型（3）麻粒岩相型（a）低-中压麻粒岩相型（b）高压麻粒岩相型（见于冀西北淮安地区）（c）超高温麻粒岩相型（见于内蒙古中南部和土贵乌拉等地）（4）角闪岩相-麻粒岩相过渡型华北的高压麻粒岩究竟是造山带的深俯冲折返还是下地壳的快速抬升的产物，这需要在编图过程中加以总结。
3．造山带区域变质作用（1）区域低压变质作用国内典型的低压变质带很少，且往往和中压型绞合在一起，但从变质作用的机制看，低压变质作用需要有热平流（heat advection），常与伸展体制有关，这与其他类型不同。
（2）区域中压变质作用是碰撞造山带的特征，热流传递以传导为主，可能出现的变质相型有：（a）绿帘-角闪岩相型（b）角闪岩相型（c）偶尔也见有麻粒岩相型（d）两种类型的过渡型以上真正的中压变质作用不多，往往与低压变质作用连在一起，往往以出现递增变质带为主，如武夷山-云开加里东变质带和川西华里西变质带，塔里木早元古变质带等。
（3）深俯冲区域高压-超高压变质作用有陆壳俯冲型和洋壳俯冲型，陆壳俯冲型如苏鲁-大别高压-超高压变质带，洋壳俯冲如天山、北祁连造山带。
变质岩岩石学-5 变质相变质带和变质相系2010
Grt Bi Chl
Note：
Barrow noted significant and systematic mineralogical changes in the pelitic rocks He subdivided the area into a series of metamorphic zones, each based on the appearance of a new mineral as metamorphic grade increased The new mineral that characterizes a zone is termed an index mineral
Zones thus have the same name as the isograd that forms the low-grade boundary of that zone Because classic isograds are based on the first appearance of a mineral, and not its disappearance, an index mineral may still be stable in higher grade zones
Ky
Sil
Barrow’s Area
Figure 21-8. Regional metamorphic map of the Scottish Highlands, showing the zones of minerals that develop with increasing metamorphic grade. From Gillen (1982) Metamorphic Geology. An Introduction to Tectonic and Metamorphic Processes. George Allen & Unwin. London.
第五章 变质相和变质相系
7. 麻粒岩相（G） 基性变质岩中出现斜长石（ Pl）＋ 透辉石（Di）＋紫苏辉石（Hy）组合， 岩石主要由无水矿物组成，少量黑云母 和普通角闪石一般是富钛的变种。 温度 700～900℃，压力0.3～1.2GPa。 8. 榴辉岩相（E） 特征的矿物组合是绿辉石（Omp） ＋富镁铝榴石分子的石榴子石（ Gt）， 不含长石。 温度范围很宽， 300 ～ 900 ℃， 压力极大，＞1GPa。
6. 角闪岩相（A） 基性变质岩中普通角闪石和斜长石 （An＞17）的共生作为本相的标志，可 有透辉石，无斜方辉石。变质泥质岩中 除了石英、白云母和黑云母外，低压相 系含红柱石、堇青石和夕线石，中压相 系含十字石、蓝晶石和铁铝榴石。高温 部分夕线石、铁铝榴石开始与正长石稳 定共生。该相的温压范围大致是温度 575～700℃，压力0.3～1.0GPa。
2. 葡萄石－绿纤石相（PP） Coombs（1960）在变质杂砂岩中 作为本相特征的矿物组合是：钠长石 （Ab）＋葡萄石（Pr）＋绿纤石（Pu） ＋绿泥石（Chl） 。 温度稍高时，葡萄石消失，可以分 出另一个新变质相来，即绿纤石－阳起 石相。根据实验资料，绿纤石稳定 温度 为360～400℃，压力0.25～0.35GPa。
这两位 变质相的先驱 都精通理论化 学，且志同道合，都希望把化学平衡的 热力学原理应用于自然岩石。1919年， Eskola 到奥斯陆，在Goldschmidt 的实 验室里工作。此间，他把挪威奥斯陆地 区的研究成果与芬兰奥里耶维地区的研 究成果进行了对比，发现了一个重要的 事实，即 化学成分基本相同的原岩在两 个地区有不同的矿物共生组合，而且两 个地区各自都达到了化学平衡。
在地质图上表示新矿物首次出现的 界线称为等变线（Isograd）。等变线不 一定与地层界线平行，一般情况下，等 变线是古等变面与现今地表的交线。因 此，等变线的圈定，可以反映区域古热 构造。
变质岩知识点
第二十一章共生分析和变质相一矿物相律（了解）二矿物组合⒈矿物组合（mineral assemblage）或矿物共生、矿物共生组合（mineral paragenesis）：在共生分析中，一定化学成分的岩石达化学平衡时的矿物成分。
矿物组合是岩石化学成分和P、T等条件，是共生分析的对象或出发点。
由于温度升高的进变质过程反应速率达，易于达到平衡，因此岩石中见到的矿物组合多为热峰矿物组合。
⒉矿物组合确定标志：保证属于同一个具有一定化学成分的岩石系统。
⑴一个矿物共生组合中各种矿物都有相互接触的关系；⑵各矿物相互间无反应和交代现象；⑶同种矿物的化学成分及光性特征相近。
如有环带，则其边部化学成分及光性特征近似；⑷一对矿物之间元素的分配符合Nernst 分配定律，即各处元素的分配系数近相等⑸矿物共生关系符合矿物相律，即矿物相数不超过惰性组分数。
通常不超过五六种。
三共生分析（了解）四变质相⒈变质相的概念变质相：在热峰附近一定P-T-μH2O范围内达到化学平衡的所有变质岩，其矿物组合与岩石化学成分之间有固定的、可以预测的关系。
⒉变质相的含义⑴一个变质相是一个等物理系，与岩石化学成分无关；⑵在一个变质相中，对应不同的岩石化学成分有相应的不同的矿物组合。
给定岩石化学成分，可以预测相应矿物组合；一个变质相内岩石化学成分与矿物组合的这种关系是岩石系统达到化学平衡的必然结果，用成分-共生图解可很好地表示这种关系。
⑶变质相的标志是矿物组合。
变质相的分类及各变质相基性变质岩的临界矿物组合表3．变质级（metamorphic grade）：变质作用过程中原岩受到改造的程度，按温度的高低，将变质作用分为四个等级。
很低级：包括沸石相（Z）、葡萄石—绿纤石相（P-P）、硬柱石—钠长石—绿泥石相（LA）、蓝片岩相（BS）；低级：包括钠长绿帘角岩相（AEH）、绿片岩相（GS）、绿帘角闪岩相（EA）；中级：包括普通角闪石角岩相（HH）、角闪岩（A）；高级：包括辉石角岩相（PH）、透长岩相（S）、麻粒岩相（G）；榴辉岩相（E）以高压为特征，温度包括低温—高温的的范围，未列于上述以热峰温度为标志的变质级中。
4 变质共生分析变质相系
二、矿物组合、成分-共生图解和组分分析
1．矿物组合及其确定标志 矿物组合：在共生分析中，一定化学成 分岩石达化学平衡时的矿物成分。也叫 矿物共生、矿物共生组合.
孤立组分： TiO2、 P2O5，不予考虑
过剩组分： SiO2 (Q)、K2O(Kf)，放在图外 类质同象组分 Al2O3＋Fe2O3 FeO＋MgO＋MnO
C
＋Q ＋Kf ＋Ab
F
Ca－Na组成Pl， 不计Na2O，Ab放在图外，与图上的An一起
表示Pl
有效惰性组分： (Al, Fe)2O3 CaO （Fe, Mg, Mn)O A C F
(2)类质同象组分
在造岩矿物中相互替代，在共生分析 时常将其合并为一个组分，如(Fe,Mg)O 造岩矿物中类质同象替代往往有限， 如Gt(石榴石)、Cld(硬绿泥石) 的FeO/MgO比值高; 而Crd(堇青石)的FeO/MgO比值低。 在严格的共生图解中，将FeO和MgO 作为2个组分．
Eskola P. (1888~1964, 芬兰) ACF、A’KF图, 1915 变质相, 1920
Korzhenskii D. S. (1899~1985,俄) Korzhenskii相律 化学位图解, 1936
1、ACF图——含石英变质岩的组分分析
完全活动组分：H2O、CO2，不予考虑
A
变 质 相 的 界 线 是 渐 变 的 变质相的P-T图解
变质级 是对变 质相的 P-T空间 的粗略 分析
很低级 低级 中级 高级 变质级的划分
成因矿物学矿物共生组合
6.6 矿物共生分析
• 6.6.1 矿物共生分析的理论基础
• 理论基础：相平衡和相律
• 相：在相平衡体系中，具有相同成分及 相同物理、化学性质的均匀物质部分部 分称为相。
• 在矿物学中认为相平衡体系内任何不同 的固相均为独立矿物。
• 相平衡体系内的相数是由某些独立变量 （温度、压力、组分浓度等）所决定的。 当这些变量中的一个或几个，在一定范 围内能独立改变而不引起相数的改变， 则这些独立变量称为自由度。自由度的 数目称为自由度数，用f表示。
• 热液矿床的矿物按其生成时的温度， 分为三组：
• 高温：375~300℃ • 中温：300~200℃ • 低温：200～50℃
• 6.3.1 高温热液矿床的矿物共生组合：
• 1）矿石矿物：
• 金属矿物：主要有黑钨矿、锡石、辉钼矿、 辉铋矿、毒砂等；其次是镜铁矿、磁铁矿等。 可出现黄铁矿、白钨矿及自然金等，但是它 们并非高温热液作用所特有，也可以在中温 热液，甚至是低温热液作用中出现。
泥 绿泥石、 铁铝榴石 十字石 铁铝榴 斜方辉
质 硬绿泥石、
石
石、铁
岩 黑绿泥石 中 压
镁铝榴 石
相 变 阳起石、
系
质 基
多硅白云 母、绿帘
普通角闪 普通角 普通角 斜方辉 石、黑云 闪石、 闪石、 石、斜 母、绿帘 黑云母、 黑云母、 长石、
性 石、黑云 石、铁铝 透辉石、 透辉石、 单斜辉
岩 母、黑硬 榴石
6.3.3低温热液矿床矿物共生组合
• 1）矿石矿物：主要为辰砂、辉锑矿、雄黄、 雌黄，明矾；其次为银的硫盐、自然铜、冰 洲石（无色透明的方解石）等。
• 2）脉石矿物：石英、石髓、蛋白石、菱锰矿、 沸石等。
变质岩第3讲-共生和变质相
变质反应
2.矿物组合与共生分析
标志1：只有相互接触的矿物 才可以看作是一个矿物共生组 合。
变质反应
2.矿物组合与共生分析
标志2：一个矿物共生组合的 各矿物，相互间无反应和交代 现象
变质反应
2.矿物组合与共生分析
标志3：一个矿物共生组合中， 同种矿物的化学成分及光性常数 特征应相近，如有环带，则其边 部化学成分及光性特征近似。
变质反应
1. 共生分析的原理
CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2
该平衡系统p=4。但用CaO、SiO2、CO2三物质足以描述系统全部 四相组成，所以c=3，是一个三元系。f=c+2-4=1，系统是单变的。即该 反应是一个单变反应。即温度、压力两个变量，只有一个能独立改变， 另一个不是不能改变，否则将会引起相的种类和数目的变化。
变质反应
2.矿物组合与共生分析
③若成分点恰位于某矿物投影点，则平衡时仅一相存在，p=l。如a组成，平衡 时仅一相。
变质反应
2.矿物组合与共生分析
大多数变质矿物是具有相当大成分范围的固溶体(A、B、E、F、G)，它们在成 分-共生图解中以线段(两组分固溶体，如A、E)或面积(三组分固溶体，如B、F、 G)表示。
变质反应
1. 共生分析的原理
封闭系统的Goldschmidt矿物相律
在封闭条件下岩石系统达平衡时服从Gibbs相律。由于变质作用常常是在一
定温度和压力区间内进行并达平衡的，必定至少有两个自由度，即f≥2。由吉布 斯相律公式可得：f=c＋2－p≥2。因此， p≤c
Goldschmidt矿物相律：在一定温度、压力范围内平衡的矿物相数不大于该岩 石系统的独立组分数。它是Gibbs相律的地质学形式。
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按照Korzhenskii组分差异活动性原理，在 开放系统情况下，总的组分数目应该为 完全活动 组分与惰性组分之和，即：
C = Ci + Cm
式中：C为组分数，Ci为惰性组分数，Cm为活 动组分数。
因此，在温度、压力和活动组分化学位的一定范围内，能稳 定平衡共存于一开放体系的矿物相数等于或小于惰性组分数，而与 活动组分无关。
由Korzhenskii 矿物相律公式P ≤ Ci ，我们可以很好地解释交代
分带现象。即越接近热液活动中心，活动组分（ Cm）越多，惰性 组分（Ci）越少，因而共生矿物数目也越少。在热液活动中心，甚 至只剩下1、2个惰性组分，因而可出现单矿物岩石，如纯石榴子石 矽卡岩。
由于完全活动组分与T , P 一样受外部环境控制，因而， Korzhenskii 提出完全活动组分与T, P 一样，看作控制交代反应的外 部条件。这样，开放体系的自由度则为，
f ≥ Cm + 2
将式上述两式代入相律公式：f = C- P+2中可得:
(Ci + Cm) - P+2 ≥ Cm + 2
P ≤ Ci
从热力学角度看，一个天然结晶岩石就是一个复 杂的非均匀系统。对绝大多数变质岩而言，其热峰条 件下形成的矿物组合往往非常接近化学平衡，这使得 岩石矿物组合（相）与岩石化学成分（组分）和物理 化学条件（自由度）之间的关系应服从 Gibbs 相律
因此，从研究变质岩矿物共生组合特征及其变化 规律出发，应用相律，可以分析矿物组合与岩石化学 成分和物化条件的关系。这是变质岩石学研究的基本 方法，称为 共生分析（ paragenesis analysis ）。
而当这些数值随时间而变化时 , 只要其变化速度不超 过这一小范围建立平衡所需的速度 , 则局部平衡 (local equilibrium) 仍能建立 .
因此, 热力学的多相平衡原理能有效应用于研究交代 作用过程 . 在此基础上 , Korzhenskii 提出组分差异活动 性(differential mobility of components) 的思想, 拟定了开 放系统矿物相律和开放系统的矿物共生分析方法 .
? 必须指出， Goldschmidt 矿物相律描述的是 P-T 图解上 双变区内或变质地体的变质带内的矿物共生规律。而 PT 图解的单变线上或变质地体等变线上出现的矿物相数 要比矿物相律允许的相数多 1。
3. 开放体系统的Korzhenskii矿物相律
Korzhenskii(1936, 1942, 1973) 认为, 交代系统就其整 体来说各部分温度、压力、组分化学位等热力学强度变 量数值不等 , 是一种不平衡系统 , 但在每一个极小的局部 , 这些数值是固定的 , 即不随时间变化而变化时 , 可以建立 平衡状态 .
第四章 共生分析、变质相和变质相系
一．矿物相律 二．矿物组合、成分-共生图解和组分分析 三．ACF 图、A'KF 图和AFM 图 四．变质相与变质相系
一．矿物相律
1. 共生分析的基本思路 2. 封闭系统的Goldschmidt 矿物相律 3. 开放体系统的 Korzhenskii 矿物相律
1. 共生分析的基本思路
? 确定矿物共生组合的主要标志： ? ①各矿物都相接触；②各矿物之间无交切和反
? f=1, 体系为单变量 , 相 图上为一条直线 , 称单 变量平衡曲线 ;
? f=2: 体系是双变量 , 在 相图上为一个面（两个 单变线之间的区域） , 称为双变平衡区 （双变 面）.
2. 封闭系统的Goldschmidt矿物相律
1911年，Goldschmidt 在研究挪威Oslo地区辉长岩体接触 变质晕时，将Gibbs 相律应用于自然界的变质岩石。他认为， 在封闭条件下岩石系统达到平衡时应服从Gibbs 相律。变质作 用是在一定T-P区间内进行的并达到平衡，必须至少有两个自 由度，即f≥2。由Gibbs 相律公式可得：
f=C-P+2≥2。 因此，
P≤C
(5-2)
如果系统内没有流体相，P就代表矿物相数；如果有一 个流体相，矿物相数就等于P-1。因此在一定T-P范围内平衡 共生的矿物相数不大于该岩石系统的独立组分数。这就是 Goldschmidt 矿物相律(mineralogical phase rule) ，是Gibbs 相 律的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ质学形式。
? 相律, 系统中矿物 平衡时: Gibbs 相律 F(自由度数) = C( 组分数) – p(相数) + 2
P 系统中的矿物相数
C 组分数: 在系统中构成每个具体矿物相的 最小化
学组分数
F 自由度数 : 主要是指温度 , 压力
? C=1
? f=0: 体系为零变量 , 相 图上为一点称 不变点, 自然界几乎找不到 ;
二．矿物组合、成分-共生图解 和组分分析
1. 矿物组合及其确定标志 2. 成分－共生图解 3. 组分分析
1. 矿物组合及其确定标志
? 矿物组合(mineral assemblage) 或共生矿物、矿 物共生组合(mineral paragenesis) ： 一定化学成分岩石达到化学平衡时的矿物成分
Korzhenskii根据组分差异活动性原理 , 把开放系统下 , 各组分分为两类 :
? 完全活动组分： 是扩散能力极强，可以在瞬间通过粒 间流体与外部环境发生物质交换，以使其化学位 (或浓度) 与外部环境中该组分化学位 (或浓度)相等。在平衡过程中 ，完全活动组分保持化学位 (或浓度)不变，外部环境在该 过程中起缓冲作用，因而又称为 外缓冲组分。
? 例如Al203-Si02二元系，可出现的矿物很多：石英、 刚玉、红柱石、蓝晶石、夕线石等，但实际上只可能有 两种即石英或刚玉与 Al2Si05 同质异相变体之一共生。 如果Al203与Si02是等量的，至多只能出现 2个同质异相 变体。在平衡条件下，不太可能有 3、4种矿物组合，更 不可能有 4个以上的矿物共生。